聲音大小與振幅的關係 為何低音喇叭的振幅那麼大?

2021-10-14 02:33:20 字數 1472 閱讀 9590

大家在聽**的時候,如果摘掉音箱防塵面罩的話,經常可以看到低音揚聲器在大音量的時候紙盆會「突突」的跳動,而此時處於同樣音量的中高音揚聲器確沒什麼動靜。

同時,為了保證低音揚聲器紙盆能夠大範圍的跳動,其大都採用橡皮邊摺環,為了保證其在這麼大範圍跳動的時候具有比較低的失真特性,還必須在音圈與磁隙處留有比較長的線性空間,也就是所謂的長衝程。

那麼,為什麼只有低頻揚聲器需要這麼大的振幅呢?中高音揚聲器產生同樣的聲壓為何就不需要這麼「賣力氣」的振動呢?

追根溯源,還是要從音訊的特性說起,大家知道,人類能聽到的聲音範圍大約從20hz到20000hz,從最低頻到最高頻相差了1000倍之多。因此幾乎沒有一種揚聲器可以平坦的發出這麼寬範圍的聲音,這也就是音箱往往採用不同大小的揚聲器組合的方案的原因。有人說低音揚聲器振幅大是因為驅動低頻揚聲器的功率大,這種說法不夠嚴謹,因為音訊功率放大器驅動音箱的時候,高頻與低頻是等量驅動的,並沒有厚此薄彼,而如果你測量音箱的輸出聲壓的時候,高低頻聲壓也基本是平直的,並不存在低頻聲壓遠高於高頻聲壓的情況。說明導致高低頻揚聲器振幅相差這麼大是另有原因的。

事實上,導致振幅相差這麼懸殊的根本原因就是因為震動頻率本身。大家可以跟我一起做乙個思想實驗,如果揚聲器打算以一瓦的聲功率輸向空氣輸出聲音能量,而此時它輸出的頻率是20hz,換句話說,這個揚聲器每秒鐘只能對空氣做功20次,而如果它要輸出的頻率是20000hz的話,它每秒可以對空氣做功20000次,做功次數相差1000倍,因此,揚聲器在輸出20hz低頻的時候,必須增加振幅,才能在有限的20次的做功機會裡將1瓦秒的能量送出去。相反,如果輸出的是20000hz的聲音的話,揚聲器即便用比較小的振幅,也能在一秒鐘的時間裡以做功20000次的效率,將聲音能量送出去。而這兩種頻率驅動下的振幅差異也是1000倍級別的差異。由於實際揚聲器線圈構造差異比較大,這裡用1000倍的振幅差異只是粗略的比較,大約就是這個3個數量級的差別,大家試想一下,如果低頻揚聲器發出20hz頻率的振動幅度是10公釐的話,此時發出同樣聲壓20000hz的高頻揚聲器的振幅才0.01公釐,大家看不到高頻揚聲器的振動也就正常了。

需要說明的是,我在此用人耳聽力範圍兩個極端舉例是為了讓大家更容易了解其中的道理,並非嚴格意義上的科學計算,實際的揚聲器結構與驅動系統要比我們上述的模型複雜得多,但是並不影響我們得出正確的結論。

事實上,這個通過提高單位時間做功次數從而使振幅(也就是做功衝程長度)降低的道理,同樣在汽車發動機上也獲得了應用,小排量高轉速發動機同樣可以輸出很大的功率的原理也是如此,大家可以舉一反三,類推到其他領域。

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